Tactual sense provision device
专利汇可以提供Tactual sense provision device专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE:To provide the tactual sense provision device from which a natural sense is obtained without giving an oppressive sensation to the operator. CONSTITUTION:The device is a component of a virtual reality system whose operation is controlled by a computer and a device providing a tactual sense to the operator in interlocking with a virtual object created by the system. The device is made up of a base section 1, a moving section 2, a tactual sense provision section 3, a provision angle conversion section 4 and a tactual sense sensor 5. The tactual sense provision section 3 has plural components, and each component gives a different tactual sense to the operator. The tactual sense provision section 3 is configured to be moved with an angle in 3-dimension. A component providing a specific tactual sense among the plural components is designated by a control signal from the computer of the system and a control means decides a position and a tilt of the designated component. That is, a tactual sense corresponding to the virtual object is given to the operator.，下面是Tactual sense provision device专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オペレータに触感覚を与えるための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】仮想現実感システムとは、オペレータがコンピュータの作った仮想世界に入り込む技術である。
仮想世界を視覚的に見るために特殊な立体ディスプレイが考えられているが、仮想世界にある物体をオペレータが自分の手で直接触って操作するために、人間の手に任意の触感覚および力覚を与える提示装置の必要性が高まっていた。
【０００３】オペレータが仮想物体を持ってそれを移動したとき、その物体の位置をコンピュータ側で知り得る機能を有する装置が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の触感覚提示装置は、圧電振動子を指先に取り付け、振動周波数などを変化させるものがあるが、特殊な感覚に留まり、多様で自然な触感覚を得るまでに至っていない。 また指先に特殊な機器を取り付ける必要があること、物に触ったときに得られる反力つまり力覚フィードバックが得られない、
等の欠点があった。
【０００５】仮想の物体に触れたときの圧覚（力覚フィードバック）を与えるための従来の方法には、特殊な手袋をはめ指先を取り巻くように配管されたゴム管に空気を送り込み、物を掴んだときの指先の圧迫感を得るものがある。 この場合、かなり大げさな特殊手袋をはめる必要があること、また、指先の爪側と指先の内側とを挟んで圧迫することになるので、自然な圧覚は得られないなどの欠点がある。
【０００６】指先の内側に自然な圧覚（力覚フィードバック）を与える目的で各指先の内側に小型の空気シリンダを取り付ける方法があるが、ある程度の重さのあるメカニズムを手の内側に取り付ける必要があり、自由な感覚が損なわれる。 また、この方法では触感覚は得られない、仮想物体と指先の接触点の位置をコンピュータ側で知ることができない等の欠点がある。
【０００７】本発明の目的は、これらの欠点が軽減された触感覚提示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の触感覚提示装置は、仮想現実感システムにおいて手に種々の異なる触感覚と力覚とを提示するための触感覚提示装置であって、
それぞれ異なる触感覚を与えるための複数の部位からなる触感覚部と、システムのコンピュータからの制御信号に基づいて特定の触感覚を与える部位を選択する機能及びこの選択された部位の位置及び傾きを設定する機能を有する機構部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本触感覚提示装置は複数の部位を有し、各々の部位は異なる触感覚をオペレータに与えるように構成されている。 この装置はシステムのコンピュータから制御信号を受信し、受信信号に基づいて特定の触感覚を与える部位が選択され、選択された部位の位置及び傾きが設定される。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。 まず、本発明の触感覚提示装置を図１の実施例を用いて説明する。 本実施例は、コンピュータからの制御信号により、オペレータの手の触覚に種々の異なる触感覚と力覚を与え、また、その時の手との接触面の位置と手による力の情報をコンピュータがセンシングすることを目的とする装置である。
【００１１】本装置は、図１に示すように、基礎部１、
移動部２、触感覚提示部３、提示角度変換部４、接触センサ５から構成されている。
【００１２】基礎部１は移動部２によって保持された触感覚提示部３等を前後左右に可動とする機構部である。
移動部２は触感覚提示部３を上下に移動する部であり、
基礎部１と共に触感覚提示部３を三次元に可動とする機能を有している。 触感覚提示部３は、使用者に対し各種の触感覚を与える目的を持って構成されており、提示角度変換部４を介して移動部２へ取付れられている。 接触センサ５はオペレータの操作力および操作方向を検出し、検出データは図に示されていないコンピュータへ渡される。
【００１３】図２は基礎部１および移動部２の機構の詳細を示している。 移動部２は、触感覚提示部３を取り付ける円筒型の台座１１と、当台座１１を上下させるための円筒型指示台１２と、同台１２を前後左右方向に移動させるためのガイド１３および１４と、同ガイドに指示台１２を取り付けるための取り付け台座１５とによって構成されている。 台座１１はラックとピニヨンあるいは空気圧、油圧等によって上下することができる。 同様にガイド１３および１４はラックとピニヨンあるいは空気圧、油圧等によって前後左右方向に移動させることができる。
【００１４】図３は触感覚提示部３の第１の実施例を示す構成図である。 オペレータの手が仮想空間内の物体と接触する部分の形状を構成するため、触感覚提示部は、
オペレータが直方体の頂点部に接触したときの触感覚を伝える頂点感触提示部２１、球又は曲面に接触したときの感触を伝える1/4 球２２および３０、厚みのある板を掴んだときの感触を伝える平面板２８および２９、1/4
球２２と1/4 球３０を接続する伸縮可能な接続装置２
４、これらの部分を回転するための支点２３、２５、２
６、２７および３１等により構成される。 1/4 球２２および３０は支点２３および２５を中心として回転することができ、球の任意の２部分を表すことができる。 さらに、1/4 球の接続部は、仮想空間の球の直径に対応して伸縮することができる。 平面板２８および２９はそれぞれ支点２６および２７を中心として回転することができ、平面板２６および２７の角度を変え先端を接触させることで、任意の直方体のエッジを表現することができる。 また、支点２６および２７の距離を伸縮することで、平面板２８および２９の間隔が変わり、厚みのある板に対する感触を与えることができる。
【００１５】図４は触感覚提示部３の第２の実施例を示す構成図である。 球４３の中心から法線方向にハリネズミ状に、ピアノ線４２を多数突き出し、その突き出しの長さは球内部に備えられたソレノレイド又は空気シリンダにより調節される。 ピアノ線の先には、触感覚提示部全体を覆うゴム膜４１を接着し、ゴム膜はピアノ線の伸縮に追従して拡大または収縮する。 ピアノ線の突き出し長さを調整することにより、ゴム膜上に球状の多面体を構成することができ、異なる形状の仮想物体に相応する異なった触感覚を模擬的に作ることができる。
【００１６】仮想現実システムは、磁器センサ、光センサ、超音波センサ等を用いてオペレータの指先の座標位置を測定し、仮想物体との位置関係を計算し、物体のどの部分へ接触しようとしているのかを推定する。
【００１７】測定されたオペレータの指先の座標位置を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、仮想物体の表面の任意の一点の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）としたとき、２点間の距離Ｌは次式によって求められる。
【００１８】
【数１】
【００１９】距離Ｌが最小となる仮想物体表面上の座標を求める。 指先の位置または仮想物体の位置が変化する毎にこの座標を求め、その点を推定接触部とする。 距離がゼロとなった座標が接触点である。
【００２０】触感覚提示装置は、推定接触部分の形状を触感覚提示部に構成し、仮想空間での手と物体との接触を模擬的に実現すべく回転・移動する。
【００２１】仮想物体の推定接触部が計算される度に、
仮想物体の推定接触部付近の形状が触感覚提示部３に再現される。 仮想物体推定接触部の形状とオペレータの指先の位置関係が、触感覚提示部上の形状再現部とオペレータの指先と同じ位置関係になるように、提示角度変換部４、移動部２が作動され、また触感覚提示部３が回転・移動される。
【００２２】移動部２と提示角度変換部４の２種類の可動機構がコンピュータからの制御信号によって駆動され、また感覚提示部３の部分が特定の触感覚を再現すべく制御され、その部分の三次元的空間位置のｘ，ｙ，ｚ
座標と傾き角が決定され、オペレータの手に仮想世界の虚像物体に触れたとき実物体に触れたと同様の感触を伝えることができる。
【００２３】さらに、オペレータは、手で触れた物体を（ｘ，ｙ，ｚ）の任意の方向に動かそうとすると、触感覚提示部に取り付けられた接触センサ５により力の強さと方向を検知する。 その結果からシステムは、仮想物体の反応に応じて仮想物体を動かすと同時に、触感覚提示部に制御信号を与えオペレータの意図した方向に触感覚提示部を動かすことにより、仮想物体の反応の手応えをオペレータに伝えることができる。
【００２４】以上の構成を有する実施例は、次のような効果を生じさせる。
【００２５】(1) 手に特殊な手袋や装置を装着する必要がない。
【００２６】(2) 触感覚提示部に部品としてかなり任意の物質を平面や曲面状にも取り付けることが出来、特殊な形状のものを表示するソフトウエアをコンピュータが内蔵しているときは、その形状を予め準備することが出来、実物体の繊細な触感覚を再現することが容易となる。
【００２７】(3) 物に触れた時に得られるべき反作用としての圧覚が、触感覚と同時に得られるので自然な接触感覚が得られる。
【００２８】以上、要するに、本装置は、オペレータの手を介して、コンピュータの創る仮想世界の物体を触感覚を通じて直接取り扱う上で極めて有効な、オペレータと機械との触感覚による情報交換の通路（チャンネル）
となり、仮想現実システムの利用分野が娯楽分野を越えて産業用設計、ＣＡＤ、教育用など広い応用分野に拡大される。
【００２９】
【発明の効果】本発明の触感覚提示装置は、複数の異なる触感覚を与える部位により構成されており、システムのコンピュータにより特定の触感覚を与える部位の位置および角度が制御される。 この作用によって下記の効果が生じる。 オペレータの手に特殊な手袋や装置を装着する必要がない。 システムソフトの変更に伴う仮想物体の変更に応じ本装置に取り付ける物体、物質、形状、感覚種類等を任意に選択できる。 装置にオペレータが直接触れるため自然な接触感覚と圧覚が同時に得られる。 コンピュータの作る仮想物体とオペレータの受ける感覚とそれによる反応等、コンピュータとオペレータの相互のデータ交換が効率良く行われる。 さらに以上の効果、作用によって利用分野の拡大が可能となる。
【図１】本発明の機器構成例を示す実施例である。
【図２】図１の基礎部および移動部の機構詳細図である。
【図３】図１の触感覚提示部の第１の実施例である。
【図４】図１の触感覚提示部の第２の実施例である。
１ 基礎部 ２ 移動部 ３ 触感覚提示部 ４ 提示角度変換部 ５ 接触センサ
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